大學材料力學實驗報告

實驗一拉伸實驗1.測定低碳鋼(Q235)的屈服點σ、,強度極限σ。,延3.觀察低碳鋼拉伸過程中的各種現(xiàn)象(如屈服、強化、頸縮等),并繪制拉伸曲線。1.液壓式萬能實驗機；2.游標卡尺；3.試樣刻線機。(1)用畫線器在低碳鋼試件上畫標距及10等分刻線，量試件直徑，低碳鋼試件標距。(4)打印外力和變形的關系曲線，記錄屈服載荷F=22.5kN,最大載荷F,=35kN。圖1-4低碳鋼拉伸曲線22.鑄鐵的拉伸表1-2試驗前試樣尺寸材料直徑d?/mm橫截面面積Ao/mm2截面I截面Ⅱ截面Ⅲ平均平均平均低碳鋼表1-3試驗后試樣尺寸和形狀斷裂后標距長度L?/mm斷口(頸縮處最小直徑d?/mm)斷口處最小橫截面面積A?/mm2平均666試樣斷裂后簡圖低碳鋼凸凹狀，即韌性杯狀斷口沿橫截面，斷面粗糙低碳鋼斷面收縮率低碳鋼延伸率3七、思考題1.根據(jù)實驗畫出低碳鋼和鑄鐵的拉伸曲線。略2.根據(jù)實驗時發(fā)生的現(xiàn)象和實驗結果比較低碳鋼和鑄鐵的機械性能有什么不同?答：低碳鋼是典型的塑性材料，拉伸時會發(fā)生屈服，會產(chǎn)生很大的塑性變形，斷裂前有明顯的頸縮現(xiàn)象，拉斷后斷口呈凸凹狀，而鑄鐵拉伸時沒有屈服現(xiàn)象，變形也不明顯，拉斷后斷口基本沿橫截面，較粗糙。3.低碳鋼試樣在最大載荷D點不斷裂，在載荷下降至E點時反而斷裂，為什么?答：低碳鋼在載荷下降至E點時反而斷裂，是因為此時實際受載截面已經(jīng)大大減小，實際應力達到材料所能承受的極限，在最大載荷D點實際應力比E點時小。4實驗二壓縮實驗1.測定低碳鋼的壓縮屈服極限和鑄鐵的壓縮強度極限。2.觀察和比較兩種材料在壓縮過程中的各種現(xiàn)象。二、實驗設備、材料萬能材料試驗機、游標卡尺、低碳鋼和鑄鐵壓縮試件。1.用游標卡尺量出試件的直徑d和高度h。2.把試件放好，調(diào)整試驗機，使上壓頭處于適當?shù)奈恢?，空隙小?0mm。3.運行試驗程序，加載，實時顯示外力和變形的關系曲線。4.對低碳鋼試件應注意觀察屈服現(xiàn)象，并記錄下屈服載荷F=22.5kN。其越壓越扁，壓到一定程度(F=40KN)即可停止試驗。對于鑄鐵試件，應壓到破壞為止，記下最大載荷F=35kN。打印壓縮曲線。5.取下試件，觀察低碳鋼試件形狀：鼓狀；鑄鐵試件，沿45°~55°方向破壞。圖2-1低碳鋼和鑄鐵壓縮曲線表2-1壓縮實驗結果材料直徑屈服載荷最大載荷屈服極限強度極限碳鋼鑄鐵——————————5五、思考題6實驗六純彎曲梁正應力測定1.測定梁在純彎曲時橫截面上的正應力分布，驗證平面假設理論和彎曲正應力公式。2.學習電測應力實驗方法。1.簡支梁及加載裝置。2.電阻應變儀。3.直尺，游標卡尺。根據(jù)彎曲梁的平面假設沿著梁橫截面高度的正應力分布規(guī)律應當是直線。為了驗證這一假設，我們在梁的純彎曲段內(nèi)粘貼7片電阻應變片：1*、2*、3*、4*、5*、6、7*,見指導書中圖，由應變儀測出讀數(shù)即知道沿著梁橫面高度的正應力分布規(guī)律。1.用游標卡尺測量梁的尺寸b和h,用鋼尺量梁的支點至力作用點的距離d。2.將各點的應變片和溫度補償片以半橋的形式接入應變儀。被測應變片接在AB上，補償片接在BC上。儀器操作步驟：1)半橋測量時將D?DD?接線柱用連接片連接起來并旋緊。2)將標準電阻分別與A、B、C接線柱相連。3)接通電源開關。4)按下“基零”鍵儀表顯示“0000”或“一0000”(儀表內(nèi)部已調(diào)好)。5)按下“測量”鍵，顯示測量值，將測量值調(diào)到“0000”或“一0000”。6)按下“標定”鍵儀表顯示-10000附近值，按照所使用應變片靈敏度K=2.17,調(diào)節(jié)靈敏度使顯示為-9221。7)將“本機、切換”開關置“切換”狀態(tài)。主機的A、B、C接線柱上的標準電阻去掉，將各被測量應變片一端分別與左上對應的各A(Ay~A?)接線柱相連，公共輸出端與一B接線柱相連，溫度補償片接在B、被測點(應變片號)6421357接線端子(通道號)123456778)切換開關，按次序所有點的平衡都調(diào)節(jié)在0000或-0000值上。9)轉動手輪，使梁加載荷，逐點測量、記錄應變值。采用增量法加載，每次0.5kN。注意不能超載。10)實驗結束。卸載，儀器恢復原狀。表6-1試樣尺寸及數(shù)據(jù)記錄梁寬b梁高h慣性矩I測點至中心軸的距離(mm)d64213570載荷F6421357讀數(shù)增量讀數(shù)增量讀數(shù)增量讀數(shù)增量讀數(shù)增量讀數(shù)增量讀數(shù)增量00000000000000-1300增量平均值-32.5-24.5-16.250試驗值-7.02-5.23-3.510理論值-7.03-5.27-3.520誤差%08七、思考題1.分析試驗誤差產(chǎn)生的原因。答：電阻應變儀本身精度，使用時調(diào)零、標定等不準確，載荷顯示誤差，尺寸測量誤差，材料特性誤差。2.比較應變片6”和7*(或應變片4*和5*)的應變值，可得到什么結論?答：應變片6”和7*(或應變片4*和5*)的應變值大小相等，符號相反。3.本實驗中對應變片的柵長有無要求?為什么?答：沒有，因為純彎曲梁，沿軸向截面上彎矩無變化，應力、應變也無變化。4.實驗中彎曲正應力大小是否受材料彈性模量E的影響。答：實際中彎曲正應力大小不受材料彈性模量E的影響。但是實驗中彎曲正應力大小受材料彈性模量E的影響，因為實驗中所得的彎曲正應力是由所測應變和材料彈性模量E計算得的，若E給出比實際大，則計算應力也比實際的大。9實驗七彎扭組合變形時的應力測定一、實驗目的1.用電測法測定平面應力狀態(tài)下的主應力大小及其方向，并與理論值進行比較。2.測定彎扭組合變形桿件中的彎矩和扭矩分別引起的應變，并確定內(nèi)力分量彎矩和扭矩的實驗值。3.進一步掌握電測法和應變儀的使用。了解半橋單臂，半橋雙臂和全橋的接線方法。二、實驗儀器1.彎扭組合實驗裝置。2.電阻應變儀。三、實驗原理和方法彎扭組合變形實驗裝置示，見指導書中圖。I-I截面為被測位置，取其前、后、上、下的A、B、C、D為被測的四個點，其應力狀態(tài)見下左圖(截面I-I的展開圖)。每點處按-45°、0、+45°方向粘貼一片45°的應變花，將截面I-I展開如下右圖所示。A,B,C,D點應力狀態(tài)四、實驗內(nèi)容和方法1.確定主應力大小及方向：彎扭組合變形薄壁圓管表面上的點處于平面應力狀態(tài)，用應變花測出三個方向的線應變再應用廣義胡克定律即可求出主應力的大小和方向。(a)截面I-I(b)彎矩(d)扭矩W—薄W—薄壁圓管橫截面的抗彎截面模量用A、C兩測點沿±45°方向的四片應變組成全橋測量線路，可測得扭矩引起的主應變0.1kN初載荷調(diào)零0.2kN,0.3k載荷應變讀數(shù)εa(μεABF-45°-45°011-127-19032-250Ea增量平均值(μ?)-62.33-15.33表7-2I—I截面上彎矩和扭矩引起的應變載荷(kN)讀數(shù)應變εds(μe)F彎矩Eds扭矩EdsEa增量平均實驗值理論值誤差ABABAB4-44.77-16.71-16.83誤差：0.33%截面上的扭矩實驗值：誤差：0.11%1.用電測法測量主應力時，其應變花是否可以沿測點的任意方向粘貼?為什么?答：理論上可以，但沒有現(xiàn)成公式可用，測彎矩扭矩又需要0°和±45°應變。2.測量單一內(nèi)力分量引起的應變，還可以采用哪幾種橋路接線·?一、實驗目的五、理論計算1.疊梁剪力Q及彎矩M。EI?=KE?I?由(6)、(7)兩式可以看出兩梁的彎鉅成比例關系，上梁占截面總彎矩的,并假設兩梁材料相同，即E?=E?,M=M?下下梁上梁正應變鋼鋼楔塊鋼正應變鋼鋼鋼鋁楔塊鋼-0.70855I12)I高度/cm-2.1255021相關系數(shù)r2.選取線性較好和比較符合理論分析的數(shù)據(jù)進行處理利用直線擬合，可以得到實驗測得的各高度相應的線性回歸值，而理論值可由前面的理論分析推知，則上梁和下梁各高度相應的實驗應力、實驗擬合應力以及理論應力可表2應力的實驗值、擬合值及理論值實驗值-66.5-64.89-32.8鋼鋼疊梁應擬合值-64.27理論值0二實驗值-31.5-30.73-17.85-0.715.54梁鋼鋁疊梁應楔塊鋼疊梁擬合值理論值實驗值擬合值理論值-42.29-40.44-41.82-40.44-26.6504.01實驗值-340.20633.1762.8362.83鋼鋼疊梁應擬合值-32.96-0.61831.7264.0764.071實驗值-48.20.41246.1495.7994.76梁鋼鋁疊梁應楔塊鋼疊梁擬合值理論值實驗值擬合值理論值-49.39-0.920各疊梁應力沿高度分布圖如下：梁上梁-319-444.5下梁-27.70